多线程（63）处理过的并发问题

青旅半醒 2024-04-24 23:16 2阅读 0赞

并发问题示例，并展示如何解决它。这个例子将涉及到一个常见的并发问题——竞态条件（Race Condition），并展示如何使用Java的`synchronized`关键字来解决这个问题。

#### 竞态条件示例 ####

假设有一个简单的银行账户类，它允许存款、取款和查询余额：

public class BankAccount {
        
        private int balance;
    
        public BankAccount(int balance) {
        
            this.balance = balance;
        }
    
        public void deposit(int amount) {
        
            balance += amount;
        }
    
        public void withdraw(int amount) {
        
            if (balance >= amount) {
        
                balance -= amount;
            }
        }
    
        public int getBalance() {
        
            return balance;
        }
    }

在单线程环境中，这个类的行为是没有问题的。但是，如果在多线程环境中同时执行`deposit`和`withdraw`方法，就会出现竞态条件，导致`balance`的值不正确。

#### 演示竞态条件 ####

假设初始余额为100，两个线程同时对同一个`BankAccount`实例执行操作：一个线程存入50，另一个线程取出50。理论上，这些操作完成后余额应该仍然是100。但是由于竞态条件的存在，实际结果可能并非如此。

这是因为操作系统可能在任一操作执行的中间阶段切换线程，例如，在一个线程计算新的余额但尚未将其写回`balance`字段时，另一个线程可能读取了旧的`balance`值，从而导致不一致。

#### 解决方案：使用`synchronized` ####

为了解决这个问题，我们可以使用`synchronized`关键字来保证同一时间只有一个线程能执行修改`balance`的操作。我们将`deposit`和`withdraw`方法标记为`synchronized`：

public class BankAccount {
        
        private int balance;
    
        public BankAccount(int balance) {
        
            this.balance = balance;
        }
    
        public synchronized void deposit(int amount) {
        
            balance += amount;
        }
    
        public synchronized void withdraw(int amount) {
        
            if (balance >= amount) {
        
                balance -= amount;
            }
        }
    
        public int getBalance() {
        
            return balance;
        }
    }

现在，即使在多线程环境中，每次只有一个线程可以执行这些同步方法。如果一个线程正在执行一个同步方法，其他线程试图执行任何同步方法都会被阻塞，直到第一个线程完成操作。

#### 演示代码 ####

下面是一个模拟上述行为的测试类：

public class BankAccountTest {
        
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
            final BankAccount account = new BankAccount(100);
    
            Thread t1 = new Thread(() -> {
        
                account.deposit(50);
                System.out.println("After deposit, balance is: " + account.getBalance());
            });
    
            Thread t2 = new Thread(() -> {
        
                account.withdraw(50);
                System.out.println("After withdrawal, balance is: " + account.getBalance());
            });
    
            t1.start();
            t2.start();
    
            t1.join();
            t2.join();
    
            System.out.println("Final balance is: " + account.getBalance());
        }
    }

这个测试类将创建两个线程，分别执行存款和取款操作，然后输出最终的余额。由于我们已经将`deposit`和`withdraw`方法同步了，所以最终的余额应该始终是100。

这个简单的例子演示了如何识别并解决一个常见的并发问题。在实际的多线程应用程序开发中，确保线程安全通常比这个例子中展示的要复杂得多。设计线程安全的类可能需要仔细考虑和应用并发模式和Java并发工具类。